JPH04301933A

JPH04301933A - 光インターフェース・ユニット

Info

Publication number: JPH04301933A
Application number: JP3252873A
Authority: JP
Inventors: Timothy R Block; ティモシー・ロイ・ブロック; Tong Lu; トング・リュー
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1990-10-15
Filing date: 1991-09-05
Publication date: 1992-10-26
Anticipated expiration: 2010-07-19
Also published as: JPH0767095B2; US5113403A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子システムのサブシ
ステムの相互接続に関し、より具体的には前記サブシス
テムを単一軸，双方向自由空間光バスを経て相互に接続
するための電気光学インターフェースに関する。

【０００２】

【従来の技術】いくつかの主たる種類の電子システムは
、一般に、一つのサブシステムから他のサブシステムへ
信号を伝送するバスによって相互に接続された、固定ま
たは可変のサブシステムのグループとして、パッケージ
化されている。

【０００３】ディジタル・コンピュータは普通、このよ
うにして設計されている。多数の個別カードまたはロジ
ック・ブックはサブシステムを構成し、このサブシステ
ムは、データ，記憶アドレス，割込み，その他の目的の
ために信号を伝送するバックプレーン・バスを挿入する
。例えば、あるカードはアプリケーション・プログラム
を実行するプロセッサを含み、他は読出し／書込み記憶
装置，ワーク・ステーションまたはディスプレイのコン
トローラ，大容量記憶装置のアダプタ，あるいはローカ
ル・エリア・ネットワークや通信ラインへのインターフ
ェースを含んでいる。各カード上の機能的電子回路は、
データ，アドレス，制御信号を予め定められたバス・プ
ロトコルに従って伝送するために、共通バスにアクセス
する。

【０００４】この種のパッケージ化は大きな利点を持つ
。異なる数の異なる種類のサブシステムを、システムに
構成することができる。システムのカストマイズ化は、
簡単なので、ユーザは多くの場合独自で実行することが
できる。新しい機能と改良された技術は、全システムを
置き換えずに、後日組み込むことができる。システムの
診断と修復は、サブシステムを容易に分離できる能力に
よって増進される。

【０００５】それにもかかわらず、従来の配線式バック
プレーン・バスはコスト高で不利な点があった。電子技
術は益々集積化が進み、一つのユニットから他のユニッ
トへ信号を伝送するコネクタは、益々高価で信頼性の低
いものとなっている。これはバックプレーン・バスにつ
いても言えることで、このバスは、挿入の繰り返しサイ
クルに耐えねばならず、しばしば、サブシステムに対す
る機械的支持や整列，および電子的接続を提供しなけれ
ばならない。

【０００６】先行技術は、電子システムのサブシステム
を相互接続するための、並列配線式（“銅製”）バック
プレーン・バスに代わるものを追及してきた。先行技術
は、こんなバスを実現するための他の技術さえも追及し
てきた。特に、光技術は、銅製バックプレーン・バスに
代わる数多くの方法を提供してきた。高速電気信号を光
信号に変換したり、光信号を高速電気信号に変換したり
、直列信号および並列信号間を変換したりする必要にも
かかわらず、多くの人々は長い間なんらかの形態の光バ
ックプレーン・バスを提供してきた。

【０００７】しかし、提案された種々の光バックプレー
ン・バスにもかかわらず、従来の銅製バスは、現在得ら
れる電子システムの分野では依然として主流である。光
信号は、光ファイバの中を、一つの指示点から他の指示
点までのみ伝送される。主たる問題は、多数で様々なサ
ブシステムを相互接続するのに採用および適合すること
ができる前記光バスが、それが代わろうとする配線式バ
スおよびコネクタよりも高価で信頼性が低いということ
のように思われる。新型の光学要素，要素間の正確な位
置決め，異なるサブシステムを互いに正確に配置するこ
と――従来の光インターフェースのこれらすべての属性
が、多重サブシステムが共通バスを通して互いに通信せ
ねばならない電子システムにおける光技術の採用の失敗
の原因となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、新し
いタイプの光バスによって相互接続される多数のサブシ
ステムからなる電子システムを提供することにある。ま
た本発明の他の目的は、前記システムに対して固有の個
別の電子サブシステムを提供し、さらに、電子サブシス
テムを光バスにインターフェースするための電子光学ユ
ニットを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のシステムは、電
気信号を多数のサブシステム間で電気信号を相互接続す
る単一軸，双方向性，自由空間光バスを、各サブシステ
ム上の光インターフェース・ユニットが形成するように
、エンクロージャ内に設けられた多数の個別のサブシス
テムを有する。

【００１０】本発明のサブシステムは、支持部材と、機
能的電子回路と、電気信号から光信号へ光信号から電気
信号へ変換する手段と、光信号を単一直線軸に沿って２
つの異なる方向に送り、光信号を同じ単一軸に沿って同
じ２つの方向から受ける手段とを備えている。

【００１１】本発明の電子光学インターフェース・ユニ
ットは、電気信号を直線偏光ビームに変換し、ビームを
本質的に減衰させずに偏光ビーム・スプリッタを通過さ
せ、ビームを円偏光に変換し、ビームを２つの出射ビー
ムに分割してバスの２つの方向に沿って進行させる。こ
のユニットはまた、入力円偏光を２つの方向から受け取
り、それを第１のビームのパスに沿って偏向し、その偏
光を異なる直線偏光に変換し、再び偏向し、それを電気
信号に変換する。

【００１２】

【実施例】図１は、２個のインターフェース・ユニット
の光ユニットとパスを示す。一方のユニット１００は、
信号を、一般に１０で示す光バス上で送信する。他方の
ユニット１００′は、信号をバス１０上で受信する。イ
ンターフェース・ユニット１００と１００′の構成は同
一である。

【００１３】レーザ・ダイオード１１０は、高周波直列
ディジタル電気信号１１１を、細い光ビーム１１２のコ
ヒーレントな（単一波長）光信号に変換する。選ばれる
特定の波長は重要ではない。現在の安価な要素は、大体
、電磁スペクトルの近赤外線領域および可視領域で動作
する。この出射ビーム１１２は、矢印１１３に沿ったモ
ードすなわち方向において、横方向に線形に偏光する。レーザ１１０は好適に、低光フィードバック・ノイズ感
受性に対して、従来の利得ガイド構造を有している。

【００１４】安価なレーザ・ダイオードが、オーディオ
（コンパクト・ディスク）や他の応用に対して市販され
ている。このようなダイオード・レーザの大半は、本来
、非常に強く偏光されたビームを発生する――構造と動
作パワーによっては５０：１から２００：１にもなる。（同一ダイオードは、低パワーよりも高パワーのほうが
より強く偏光する。）大半のダイオードに対し、この出
願はビーム１１２の十分な偏光を達成するのに何ら外的
要素を必要としない。このダイオードは単に、物理的に
配向されており、その偏光は所望の方向１１３にある。（しかし、ダイオード自体にとって、外的に受容可能な
偏光レベルを達成する必要があるならば、従来の要素を
利用できる。）レンズ１１４はビーム１１２を、偏光モ
ード１１３のままで、細いパターンにコリメートする。ある場合には、コリメーティングは要求されない。この実施例において、レンズ１１４は従来のシリンドリ
カル・グレーデッド・インデックス（ＧＲＩＮ）レンズ
とするのが好適である。これによって、合理的コストで
簡単なパッケージングが可能になる。

【００１５】偏光ビーム・スプリッタ（ＰＢＳ）１２０
は、直線偏光ビーム１１２が、内部表面１２１をＰ波と
して貫通するように、配向される。スプリッタ１２０は
偏光モード１１３を変更せず、それゆえ出射ビームのエ
ネルギーをほとんど失わない。

【００１６】偏光ビーム・スプリッタは市販の光学要素
である。代表的な従来のユニットは、２つのアニールさ
れたガラス・プリズムと、それらの界面での多層コーテ
ィングとを有する。コーティングは、特定の周波数帯域
で、１／４波長共振反射誘電体スタックを形成する。４
５°の入射角で、放射は、ブルースター角、すなわち偏
光角にてまたはその付近で入射する。入射面に平行に偏
った電界ベクトルを有する放射成分（Ｐ波）は、ほとん
ど反射せずにコーティングを通過する。この面に垂直な
Ｅ電界を有する放射（Ｓ波）は、隣接コーティング間の
各界面で部分的に反射する。非常に多くのこのような部
分反射は、共振して、少なくとも９８％のＳ波エネルギ
ーの反射を生成する。このタイプのスプリッタはときに
、“パイル・オブ・プレート”偏光子と呼ばれる。

【００１７】１／４波長板１３０は、Ｐ面に対し４５°
をなす光軸１３２を有することにより、ビーム１１２の
偏光１１３を、円偏光モード１３１に変換する。

【００１８】１／４波長板はまた、市販の光学要素であ
る。代表的な従来のユニットは、複屈折結晶板である。複屈折物質は、板内の進行方向に垂直で互いに直交する
２つの光軸を持つ。“速い”軸に沿って伝播する放射は
、“遅い”軸に沿って伝播する放射よりも高速で板を通
過する。このような板は、板の厚さが、２つの光軸に沿
って板を通る光路長の差が、定められた周波数帯域で１
／４波長となるようなときに、特定の周波数で１／４波
長板となる。もしどちらの光軸も、直線偏光入射波に対
して４５°の角度を持つならば、波は円偏光を有する板
の他の面から出射する。

【００１９】振幅ビーム・スプリッタ（ＡＢＳ）１４０
は内部面１４１を持ち、その内部面は出射ビームを、単
一光バス１０の軸１１の双方向に沿った２つのコリニア
軸ビーム１４２および１４３に反射する。バス１０は“
自由空間”バスである。すなわち、この信号搬送光ビー
ムは、インターフェース・ユニット１００を通過する場
合を除いて、任意の光学要素または媒体において、空間
的に限定される必要はない。各ビームはビーム１１２の
パワーの一部を伝達し、図１の１２に示すように、両軸
ビームは円偏光を有する。スプリッタ１４０は、上面１
４４が全反射（ミラー）コーティングを有すること以外
は、従来通りの構成である。

【００２０】振幅ビーム・スプリッタは多くの応用に使
用される市販の要素である。２つのアニールされたガラ
ス・プリズムは、部分反射コーティングを共通面に持ち
、この共通面は、どちらかのプリズムの反対面を通って
入射する放射エネルギーの一部を透過し、残りの部分を
反射する。振幅ビーム・スプリッタは偏光に対して感度
は良くないし、それを修正することもない。図１の特定
の構成において、ビーム１１２は面１４１に下から入射
するまで、上方に進む。面１４１はビームエネルギーの
いくらかを、ビーム１４３に反射する。残りのエネルギ
ーは上方に進み続け、コーティング１４４に入射する。このコーティングは全入射エネルギーを下方に反射する
。それが面１４１に上方から入射するとき、面１４１は
再びこのエネルギーの一部を反射してビーム１４２にす
る。（このビームの残りは、インターフェース・ユニッ
トに再び入り、バス１０に対しては利用されない。）Ａ
ＢＳ面１４１の透過係数は、通常、広範囲に変化するこ
とができるので、この面を透過する光エネルギーの一部
（透過係数ｘ）は変化する。エネルギーの残りの部分１
−ｘはこの面で反射される。ｎがシステムのサブアセン
ブリの数とすると、全ＡＢＳユニットを通る最悪透過係
数ｙは、ｙ＝（１−ｘ）２　ｘｎ−１である。計算により、ｙはｘ＝（ｎ−１）／（ｎ＋１）
で極値を持つことがわかる。システム内の６個のサブア
センブリ（すなわち、ｎ＝６）に対して、透過係数の最
適値はｘ＝０．７１である。ｘがこの値を採るときの最
悪のケースは、５個のスプリッタの透過と共に発生し、
ｙ５　＝０．０１５２である。これは１８．２ｄＢの最悪損失に対応する。

【００２１】１４個のサブアセンブリを持つ非常に大き
なシステムに対しては、最適係数はｘ＝０．８７である
。ｘがこの値を採るときの最悪透過係数は、ｙ１３＝０
．００２７７であり、これは２５．６ｄＢの最悪損失を示す。

【００２２】このように、もしサブアセンブリの概数が
前もってわかっているならば、インターフェース・ユニ
ット１００は、バス１０上の損失の合計を減少させるよ
うに前記概数を最適化し、レシーバ回路を構成が容易で
安価なものにする。

【００２３】自由空間光バス１０の軸１１は、多数のイ
ンターフェース・ユニットの振幅ビーム・スプリッタを
通る１本の線上に伸びている。１つのこのようなインタ
ーフェース・ユニット１００′は、バス１０上の光信号
の受信を示している。

【００２４】振幅ビーム・スプリッタ１４０′は、透過
ビーム１４３をビーム１４２′として捕らえる。また、
ビーム１４２′は円偏光を有している。スプリッタ１４
０′の面１４１′は、ビーム１４２の一部をビーム１４
３′として通過させる。その特定の部分すなわち割合は
上述のように、透過係数に依存する。面１４１′は他の
部分を上方の全反射コーティング１４４′に反射し、こ
のコーティングは、全入射エネルギーを下方の面１４１
′に返し、一部は下方に進み、入射ビーム１４５′を形
成する。面１４１′は下方向ビームの残りを、ビーム１
４２′に沿って反射し返す。（ビーム１４３′に沿って
右から入射したビームに対して、面１４１′は、エネル
ギーの一部をビーム１４２′に通過し、残りのエネルギ
ーを下方に反射し、入射ビーム１４５′を形成する。）
ビーム１４５′は、依然として円偏光１４６′を有し、
下方に１／４波長板１３０′を通過する。１／４波長板
１３０′は円偏光を、矢印１３２′に沿った横方向直線
偏光モードに変換する。この直線偏光モードは、ユニッ
ト１００のビーム１１２のモード１１３に直交する。こ
の偏光は、偏光ビーム・スプリッタ１２０′の内部面１
２１′に、光検出器１５０′へ直角方向に、入射ビーム
１４５′を反射させる。偏光スプリッタ１２０′を使用
すると、ビーム１４５′のパワー損失は多くて数％で検
出器１５０′に入射する。透過係数が０．５の振幅ビー
ム・スプリッタは、この箇所で利用できるビーム・パワ
ーの０．７５（６ｄＢ）を失う。すなわち、レーザから
のパワーの半分と、検出器へのビームパワーの半分を失
う。

【００２５】光検出器１５０′は入射光ビーム１４５′
上の信号を電気信号１５１′に変換する。検出器１５０
′は、通常のフォトダイオードまたはフォトトランジス
タであり、偏光に高感度である必要はない。すなわち、
この検出器は、偏光にかかわらず、ビームの光エネルギ
ーを電気エネルギーに変換する。

【００２６】ブロック２０は、インターフェース・ユニ
ット１００に関連した全機能電子回路または要素を示す
単一の概略ユニットである。このような回路は、例えば
、メイン・プロセッサ，メモリ，あるいはＩ／Ｏアダプ
タといった、ディジタル・データ・システムのカード・
レベル機能を実行することができる。回路２０は、通常
の配線式バックプレーン・バスを使用するのと全く同じ
ように、バス１０にアクセスすることができる。回路２
０はまた、通常の方法で、信号１１１を送信し信号１５
１を受信することができる。配線式バスは、バックプレ
ーンもオン・カードも、普通に並列信号を伝送すること
ができるので、回路２０は通常のスレショルド高速並列
／直列変換器２１および直列／並列変換器２２を有し、
回路２０内の並列信号と直列信号１１１，１５１との間
で変換を行うことができる。

【００２７】図２は、図１に示した光バス・インターフ
ェース１００と機能回路２０を持つ電子サブシステム２
００を示す。

【００２８】インターフェース・ユニット１００は、全
ユニットが単一の剛体構造すなわち光学ベンチを形成す
るように結合された、要素１１０〜１５０によって、好
適かつ物理的に構成される。この光学機器は回折が制限
されていないので、位置決め公差は厳密ではない。ユニ
ット１００の構成および公差は、現在、オーディオ・コ
ンパクト・ディスク（ＣＤ）・プレーヤのために大量生
産されている光学機器の構造および公差と全く類似して
いる。全ユニット１００を単一構造として製造すると経
済的であるし、サブシステム２００の製造および使用中
の損傷が避けられる。もし望むなら、インターフェース
・ユニットは別個のベースまたは基板（図示せず）上に
設けることができる。

【００２９】インターフェース・ユニット１００は、プ
リント回路カード２１０を有するサブアセンブリに実装
される。プリント回路カードはコネクタ２２０に対して
予め定められた位置を有し、このコネクタは機械的支持
を与え、図１の信号１１１と１５１のために、レーザ・
ダイオード１１０と光検出器１５０への電気的接続を含
んでいる。回路２０はカード２１０の残り領域の大半を
占める。変換回路２１および２２は、直列信号１１１お
よび１５１は高周波であるから、ユニット１００に対し
て近接して配置するのが好適である。

【００３０】インターフェース・ユニット１００は、カ
ード２１０の領域の極く一部しか使用しない。代表的な
ユニットは一辺が約０．５ｃｍのスプリッタ１２０およ
び１４０を使用する。全体の外側寸法は長さ１．５ｃｍ
（図２の面に垂直方向），高さ０．７ｃｍ（カード２１
０と垂直方向），幅０．８ｃｍである。パーソナル・コ
ンピュータのための小カードの外側寸法は、高さ９ｃｍ
（図２の面に垂直方向），長さ３０ｃｍである。光イン
ターフェースは、変換回路２１，２２と共に用いてさえ
、従来の配線式バックプレーン・バスのためのコネクタ
を必要とせず、カード２１０上の空間を占有しない。

【００３１】インターフェース・ユニットは、カード２
１０の開口部２１１によって、光バス１０と通信する。またカード２１０の隅や他の部分を、選択的に切り取る
ことができ、あるいは要素１４０をカード２１０のエッ
ジからはみ出るように構成できる。カード２１０はまた
、回路２０とインターフェース・ユニット１００のため
の電力のために、カード・エッジ・コネクタ２３０を有
する。コネクタ２３０はまた、他の目的のためにも信号
を供給する。例えば、もし、サブシステムがＩ／Ｏプロ
セッサならば、プラグ２３０はディジタル信号を、回路
２０からディスク・ドライブや通信ラインのようなＩ／
Ｏハードウェアまで、伝送することができる。本発明に
とっては、このような外部接続の数や配置は無意味であ
る。事実、本発明は、このような接続に対してより大き
な広さを許容する。なぜなら、平行配線式バックプレー
ン・バスによって通常占有される大きなカード・エッジ
領域は、必要でないからである。また、コネクタ２３０
は、通常のバックプレーン・バスに必要なよりも低いピ
ン密度を持つことができ、これによって、より安価で高
信頼になる。

【００３２】コネクタ２３０はまた、インターフェース
・ユニット１００に対する位置決めも与える。カード２
１０は、もし望むなら、コネクタ２３０とは別の――ま
たは付加的な――位置決め手段を有することもできる。しかし、大抵の場合、インターフェース・ユニット１０
０は、カード２１０が、機械的はめあいおよび外部電気
的接続のような他の目的に対して要求されるよりもより
正確に配置されることを要求しない。

【００３３】図３は、本発明によって構成された全シス
テム３００の一例を示す。システム３００は、例えば、
スタンドアロン型パーソナル・コンピュータのカード・
ケージ、あるいは中央データ処理システムの中央電子複
合体（ＣＥＣ）を形成することができる。

【００３４】エンクロージャまたはフレーム３１０は、
システム３００に対して機械的支持と周囲遮蔽を与える
。（“エンクロージャ”という用語は最も広い意味に取
られねばならない。本発明にとって厳密に必要な唯一の
機能は、サブアセンブリを光バスに沿って適切に配置す
ることである。）３２０のような内部サブエンクロージ
ャは、電源，冷却，大容量記憶のような補助機能を与え
る。内部ベース３３０は、機械的支持と、システム３０
０の種々のユニット間の電気的相互接続とを与える。内部ベース３３０は、例えば従来のパーソナル・コンピ
ュータに対するシステム平面ボードのような、幾つかの
機能回路を保持する。

【００３５】システム３００のエンクロージャ３１０は
、多数のサブシステム２００を機械的に支持し、光バス
・インターフェース・ユニット１００がすべて、光バス
１０の軸１１に沿って配列されるように、カード２１０
を配置する。このバスの軸１１は、サブシステムの最小
寸法に沿っており、すなわちカード２１０の平面に垂直
である。

【００３６】コネクタ２３０はベース３３０のソケット
３３１に挿入される。ソケット３３１間の配線（図示し
ない）は、カード２１０に電力を与え、上述したように
、付加的信号および外部装置に対する接続も与える。コネクタ２３０およびソケット３３１は、インターフェ
ース・ユニット１００の位置決めも与える。エンクロー
ジャ後面壁３１１は、従来のガイド３１２を保持する。ガイド３１２は、通常他の目的に必要とされる他に、イ
ンターフェース・ユニット１００に対する付加的な位置
決めおよび安定性を与える。これら要素の位置決め機能
は、これらがカード上のインターフェース・ユニットの
位置に物理的に近接して配置されるとき、一層強化され
る。

【００３７】多数のカード２１０がエンクロージャ３１
０に挿入されるとき、それらは単一双方向光バス１０上
の信号を送受信することができる。また、各サブシステ
ムがバス・アクセスを得たり、他のサブシステムを伝送
したりするのに使用されるプロトコルおよびタイミング
は、配線形態のバックプレーン・バスに使用されるもの
と同じものである。任意のサブシステム２００において
生成される光信号は、そのインターフェース・ユニット
の振幅ビーム・スプリッタ１４０を通して発信され、バ
ス１０の単一軸１１に沿った２つのビームとなる。一方
のビームは、元のサブシステムの左にある全サブシステ
ムへと進み、他方のビームは、正確に同じ軸に沿って右
にある全サブシステムへと進む。他のすべてのサブシス
テムは、それ自身のインターフェース・ユニットにおい
てこのビームを受け取り、それはあたかも配線式バスに
対する場合のようである。任意の受信サブシステムの機
能回路は、後に、同じ軸１１に沿った光信号をさらに伝
送する。すなわち、全サブシステムは、信号を伝達し他
のサブシステムから信号を受信するための、バス１０上
の軸１１と空間的に正確に同じラインを使用する。

【００３８】このようなシステムは、公差量の問題を伴
う、異なるサブシステムの間で多数のビームを位置決め
する必要性を回避する。システム３００はまた、配線式
バックプレーン・バスと同様に、カードの紛失に対して
も感度が悪い。例えば、エンクロージャ３１０の左から
２〜５番目のスロットにはカードは存在しない。バス１
０の軸１１に沿って通過する信号は、単に、隣の１番目
と６番目のスロットに向って２〜５番目のスロットの位
置を通過するのみである。さらに、バス１０からのどん
な信号も用いないサブシステムは、単に、バス１０の光
ビームを他のサブシステムまで通過させるように、開口
部すなわち切り取り領域を与えるにすぎない。ビームの
終端にある３０１のような、簡単な低価格の光吸収器は
、バスに沿った雑音を低減させ、エンクロージャ３１０
外への反射を防止することにより安全性を増加させるこ
とができる。

【００３９】６個程度のサブシステムを有するシステム
は、インターフェース・ユニット１００の内部でおよび
通過時に十分小さい損失を有するので、図１の光検出器
から直接作動する従来の低価格受信回路は、システムに
挿入された任意の数のカードに対する機能回路に電力を
供給するのが適切である。前述のように、バス１０上の
最大光損失は、６カード・システムに対して約１８ｄＢ
とすることが可能である。図３の１４スロット・エンク
ロージャのような、より多くのサブシステム・スロット
に対して、最初のカードから最後のカードまでの最大光
損失は、約２６ｄＢになる。この場合、変換器２２の内
部に自動利得制御回路（図示しない）を有するのが望ま
しい。この範囲の信号強度を扱う回路は、市販されてい
る。

【００４０】バス・インターフェース・ユニット１００
は、近赤外線領域のレーザ・ダイオード１１０を使用す
るのが好適である。その理由は、主に、このようなダイ
オードは低価格で市販されており、本来的に強く偏光し
、極端に高い信号スイッチング速度を持つことができる
からである。低データ速度あるいは少数のサブシステム
を有するシステムは、より低価格の要素さえも採用する
ことができる。逆に、非常に大きなシステムおよび極端
に高いデータ速度は、より進歩した現在の要素と、光学
技術の領域にその影が見えている未来の要素とによって
達成可能である。

【００４１】現在では、個別要素は、２００メガビット
／秒（ｍｂ／ｓｅｃ）以上の動作を可能にする。有用な
集積技術、例えば回路２１，２２を、それらに関連する
光学要素１１０，１５０に、単一のパッケージまたは単
一のチップにおいて結合する技術は、６００ｍｂ／ｓｅ
ｃ以上の動作が可能である。レーザや光学要素における
予見可能な改良は、やがては動作を１０００ｍｂ／ｓｅ
ｃより相当高くに引き上げるだろう。例えば、光学ビー
ム・スプリッタ，レンズ，およびその他の要素は、ホロ
グラフィや導波路のように小型化して製造することが可
能である。また、未来のシステムは、光信号を直接、電
気信号に変換する必要なしに操作することも可能とする
だろう。現在のインターフェース・ユニットは、簡単に
変更されて、このようなシステムに役立つことであろう
。非常に高いデータ速度は、カード間に最大の空間を与
え、バス上の多重反射による信号の歪を制限することが
できる。本発明の精神の範囲内での他の変更および適合
は、当業者には明らかであろう。

【００４２】

【発明の効果】本発明に係るシステム光バスは、多数の
要素サブシステム間の厳しい公差と位置決めを必要とし
ない。実際には、必要な位置決めは通常、機械的要素に
よって達成され、関連する公差はすでに、他の目的、例
えば電力供給，機械的支持，および周囲絶縁に必要とさ
れている。個々のサブシステムは同様に、通常の機械的
および電気的目的に必要とされる技術を超える構成技術
を必要としない。光インターフェース・ユニットは従来
の構成よりもずっと低い損失で作動し、従来の検出器や
受信回路の感度および雑音制限を越えることなしに、単
一のシステム内に多数のサブシステムが可能となる。こ
のユニットが採用した要素および製造は、すでに大量生
産消費財に採用されているものであり、その結果非常に
安価で、製造が容易で、高い信頼性が得られるようにな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による２個の光バス・インターフェース
・ユニットの分解部分図である。

【図２】本発明による電子サブシステムの一部を示す斜
視図である。

【図３】本発明による光バスを有する完全な電子システ
ムを示す図である。

【符号の説明】

１０　　光バス２０　　回路２１，２２　　変換回路１００　　インターフェース・ユニット１１０　　レー
ザ・ダイオード１１４　　レンズ１２０　　偏光ビーム・スプリッタ１３０　　１／４波長板１４０　　振幅ビーム・スプリッタ２００　　サブシステム２１０　　カード２２０，２３０　　コネクタ３１０　　エンクロージャ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数のサブシステムを有し、これらサブシ
ステムを通過する単一軸を定めるようにしてフレームに
多数のサブシステムが設けられている電子システムのた
めのサブシステムであって、前記フレームに設けるよう
に構成された支持手段と、前記支持手段によって保持さ
れ、第１の電気信号を生成し、第２の電気信号を受信す
るように構成された機能回路と、前記第１の電気信号を
、予め定められた偏光を有する第１の光ビームに変換す
る光発生器と、前記軸に交わるように前記支持手段に設
けられ、前記光発生器に光学的に結合され、前記第１の
光ビームを前記軸の両方向に前記予め定められた偏光で
送り、前記軸に沿った双方向からの、前記予め定められ
た偏光を有する第２の光ビームを受ける振幅ビーム・ス
プリッタと、前記振幅ビーム・スプリッタに結合され、
前記第２の光ビームを前記第２の電気信号に変換する光
検出器と、を備える電子システムのためのサブシステム
。
【請求項２】前記支持手段および前記フレームは、前記
軸に対して予め定められた位置に前記振幅ビーム・スプ
リッタを協働的に保持する保持手段を有する、請求項１
記載の電子システムのためのサブシステム。
【請求項３】前記保持手段は、前記フレームと前記サブ
システムとの間に電気的接続を与えるコネクタ手段を有
する、請求項２記載の電子システムのためのサブシステ
ム。
【請求項４】前記保持手段は案内手段を有する、請求項
２記載の電子システムのためのサブシステム。
【請求項５】前記支持手段は、前記支持手段を経て前記
光ビームを通過させる少なくとも１つの開口部を前記軸
に沿って有する、請求項１記載の電子システムのための
サブシステム。
【請求項６】前記支持手段は、前記機能回路，前記光発
生器，前記振幅ビーム・スプリッタ，および光検出器を
設けたカードを有する、請求項１記載の電子システムの
ためのサブシステム。
【請求項７】前記第１の電気信号は第１の単一の直列信
号である、請求項１記載の電子システムのためのサブシ
ステム。
【請求項８】前記機能回路は、多数の並列電気信号を、
前記第１の単一の直列信号に変換する手段を有する、請
求項７記載の電子システムのためのサブシステム。
【請求項９】前記第２の電気信号は第２の単一の直列信
号である、請求項１記載の電子システムのためのサブシ
ステム。
【請求項１０】前記機能回路は、前記第２の単一直列信
号を多数の並列電気信号に変換する手段を有する、請求
項９記載の電子システムのためのサブシステム。
【請求項１１】電気信号を光バスに結合する光インター
フェース・ユニットであって、第１の電気信号を、第１
の直線偏光モードを有する出射ビームに変換する光発生
器と、前記第１の出射ビームを通過させ、前記出射ビー
ムとは異なるモードの直線偏光を有する入射ビームを偏
向させる偏光ビーム・スプリッタと、前記第１の出射ビ
ームを受けて直線偏光を円偏光に変換し、前記第２の入
射ビームを受けて前記異なるモードで円偏光を直線偏光
に変換する偏光変換器と、前記出射円偏光ビームを受け
るように配置され、前記光ビームを単一の光軸に沿って
双方向に送り、前記光軸に沿って前記双方向から前記入
射ビームを受け、前記入射ビームを前記軸に沿って前記
双方向の内の入射ビームを受けた方向とは他の方向に、
および前記偏光変換器に送る振幅ビーム・スプリッタと
、前記偏光ビーム・スプリッタからの前記入力偏向ビー
ムを受けるように配置され、前記入射光ビームを前記第
２の電気信号に変換する光検出器と、を備える光インタ
ーフェース・ユニット。
【請求項１２】前記振幅ビーム・スプリッタは、前記軸
に対してある角度に配置された部分反射内部面を有する
、請求項１１記載の光インターフェース・ユニット。
【請求項１３】前記振幅ビーム・スプリッタは、前記部
分反射面からの反射ビームを受け、これを前記部分反射
面に反射するように配置された反射手段を有する、請求
項１２記載の光インターフェース・ユニット。
【請求項１４】前記反射手段は全反射面である、請求項
１３記載の光インターフェース・ユニット。
【請求項１５】前記反射手段は前記振幅ビーム・スプリ
ッタの外部面である、請求項１３記載の光インターフェ
ース・ユニット。
【請求項１６】前記光発生器は半導体レーザ・ダイオー
ドを有する、請求項１１記載の光インターフェース・ユ
ニット。
【請求項１７】前記レーザ・ダイオードは前記第１の直
線偏光モードを形成する、請求項１１記載の光インター
フェース・ユニット。
【請求項１８】前記光発生器は前記出射ビームをコリメ
ートする手段を有する、請求項１１記載の光インターフ
ェース・ユニット。
【請求項１９】第１および第２の電気信号を光バスに結
合する方法において、前記第１の電気信号を、第１の直
線モードで偏光された出射光ビームに変換し、前記出射
ビームを円偏光に変換し、前記出射ビームを、同じ直線
軸に沿って２つの異なる方向に進行する２つの出射ビー
ムに分割し、円偏光を有し前記同じ直線軸に沿って進行
する入射ビームを、一方は前記軸に沿い進行し、他方は
前記軸から偏向する２つの入射ビームに分割し、前記偏
向入射ビームを、前記第１のモードとは異なる第２のモ
ードの直線偏光に変換し、前記変換された偏向入射ビー
ムを前記第２の電気信号に変換する、電気信号を光バス
に結合する方法。
【請求項２０】前記出射ビームは、前記直線軸に沿って
前記入射ビームを形成するように、前記同じ軸に沿った
自由空間を進行する、請求項１９記載の電気信号を光バ
スに結合する方法。
【請求項２１】前記第１および第２の直線モードは互い
に直交する、請求項１９記載の電気信号を光バスに結合
する方法。
【請求項２２】前記出射ビームを分割するステップは、
前記出射ビームの一部を前記直線軸の一方向に反射し、
前記出射ビームの残りを入射とは反対の方向に反射し、
前記全反射された残りを、前記直線軸の他の方向に部分
反射する、請求項１９記載の電気信号を光バスに結合す
る方法。
【請求項２３】前記入射ビームを分割するステップは、
前記入射ビームを、前記直線軸から離れる方向に沿って
部分反射し、前記部分反射された入射ビームを全反射し
て、前記偏向入射ビームを形成する、請求項１９記載の
電気信号を光バスに結合する方法。
【請求項２４】システムにおいて、エンクロージャと、
複数のサブシステムとを備え、各サブシステムは、前記
システム内に示された機能を実行し、信号を発生し、他
のサブシステムからの信号を受信する機能手段を有し、
前記サブシステムの各々に設けられた複数の光インター
フェース・ユニットを備え、各インターフェース・ユニ
ットは、自由空間放射の１対の出射ビームとして前記機
能手段からの少なくとも１つの信号を送り、前記１対の
出射ビームは、単一ラインに沿って異なる方向に進行し
、前記ラインに沿う前記２つの方向からの放射の入射ビ
ームを受ける各機能手段に結合され、前記サブシステム
の各々の前記ラインが単一軸に沿って位置し、前記全サ
ブシステムを相互接続する自由空間光バスを形成するよ
うに、前記エンクロージャに対して、前記サブシステム
の各々を位置決めする複数の取付け手段を、備えるシス
テム。
【請求項２５】前記取付け手段は、前記エンクロージャ
に対して予め定められた位置を有する複数のコネクタ手
段と、前記サブシステム上の嵌合コネクタ手段と、を有
する請求項２４記載のシステム。
【請求項２６】前記取付け手段は、前記エンクロージャ
に対して予め定められた位置を有する複数のガイドを有
する、請求項２４記載のシステム。
【請求項２７】前記サブシステムは、他の次元より十分
に小さい１つの次元を有する、請求項２４記載のシステ
ム。
【請求項２８】前記バスの前記軸は、ほぼ前記１つの次
元内にある、請求項２７記載のシステム。
【請求項２９】前記サブシステムは、前記１つの次元内
のラインに沿って、互いに配置される、請求項２７記載
のシステム。
【請求項３０】前記機能手段は、少なくとも１つの電気
信号を発生する電気回路を有する、請求項２４記載のシ
ステム。
【請求項３１】前記機能手段は、前記１つの電気信号を
、前記出射ビームに結合される光信号に変換する手段を
有する、請求項３０記載のシステム。
【請求項３２】前記機能手段は、前記入射ビームを電気
信号に変換する手段を有する、請求項３０記載のシステ
ム。